Electrofiltration - Electrofiltration

Electrofiltration é um método que combina a filtração por membrana e electroforese num processo sem saída.

Electrofiltration é considerado como uma técnica apropriada para a concentração e fraccionamento de biopolímeros . A formação da película sobre a membrana de filtro que impede a filtração pode ser minimizada ou completamente evitada através da aplicação do campo eléctrico , melhorando filtração desempenho de selectividade e aumentando em caso de fraccionamento. Esta abordagem reduz significativamente as despesas para processamento a jusante em bioprocessos.

Técnica

Figura 1: Representação esquemática de uma câmara de electrofiltration

Electrofiltration é uma técnica para a separação e concentração de substâncias coloidais - por exemplo biopolímeros . O princípio de electrofiltration baseia-se em sobreposição do campo eléctrico num padrão de filtração sem saída . Assim, a polaridade criado facilita força electroforética que é oposta à força de resistência do fluxo de filtrado e dirige os carregadas biopolímeros . Isto proporciona diminuição extrema na formação da película sobre as membranas de micro ou ultra-filtração e a redução do tempo de filtração a partir de várias horas por padrão de filtração para alguns minutos por electrofiltration. Em comparação com cross-flow filtração exposições electrofiltration não só um aumento do fluxo de permeado, mas também garante reduzida tensão força de cisalhamento que qualifica como técnica particularmente suaves para a separação de biopolímeros que são geralmente instáveis.

A aplicação promissora na purificação de produtos biotecnológicos baseia-se no facto de biopolímeros são difíceis de filtração, mas por outro lado eles são geralmente carregado como resultado da presença de grupos amino e carboxilo. O objectivo de electrofiltration é para evitar a formação do bolo de filtração e para melhorar a cinética de filtração de produtos difíceis de filtrado.

A electroforese das partículas e a electro-osmose tornou essencial quando o processo de filtração é sobreposto com campo eléctrico . Por electrofiltration o convencional filtração é revestida com um campo eléctrico (DC), que funciona em paralelo com a direcção do fluxo do filtrado. Quando a força electroforética F E , dirigidas em sentidos opostos a fluir, a superação da força de resistência hidrodinâmica F W , as partículas carregadas migrar a partir do meio de filtragem, reduzindo assim de forma significativa a espessura do bolo de filtração na membrana.

Quando as partículas sólidas, sob a separação, são carregadas negativamente migram em direcção ao ânodo (pólo positivo) e depósito sobre o pano de filtro situado ali. Como resultado, no cátodo de membrana do lado (pólo negativo), há apenas uma película muito fina permitindo que quase todo o filtrado para efluxo através desta membrana.

A Figura 1 apresenta uma descrição do esquema da câmara de descarga electrofiltration com eléctrodos . Para o circuito de lavagem de uma solução de tampão é utilizado. Esta abordagem foi patenteada.

Fundamental

Figura 2: Filtro de bolo de xantana em placa de filtro

A força de resistência hidrodinâmica é avaliada após a Lei de Stokes .

A força eletroforética é avaliada após a lei de Coulomb .

Nestas equações r H apresenta o raio hidrodinâmico dos colóides , - a velocidade de migração electroforética, - a dinâmica viscosidade das soluções, - constante dieléctrica em vácuo, é constante dieléctrica relativa de água a 298 K, é o potencial zeta , E é o campo elétrico . O raio hidrodinâmico é a soma dos raios das partículas e a interface de solvente estacionária.

Por estado de migração electroforética constante de carregadas colóides a força electroforética e a força de resistência hidrodinâmica estão em equilíbrio, descrito por:

F W + F E = 0

Esses efeitos influenciar o electrofiltration de biopolímeros , que também poderia ser cobrado, não só pela força de resistência hidrodinâmica, mas também pela força de campo elétrico. Concentrando-se na cátodo lado revela que as partículas carregadas negativamente são afectados pela força do campo eléctrico, que é oposta à força de resistência hidrodinâmica. Desta maneira, a formação de torta de filtro deste lado é impedida ou em situação ideal bolo de filtro não é formada em tudo. Neste caso, o campo eléctrico é referido como crítico campo eléctrico E Crit . Como resultado do equilíbrio das forças, líquidos sujeitos à influência de força eléctrica tornar-se carregada. Para além da pressão hidráulica aplicada ΔpH o processo é influenciada também pelo electro-osmótica de pressão P e .

Modificando a equação básica de Darcy , que descreve a formação de bolo de filtração, com efeitos electro-cinético por integração sob hipótese de utilizar as constantes de electro-osmótica de pressão P e , o campo eléctrico crítico E krit e o campo eléctrico E resultados:

Nesta equação representa a massa específica resistência bolo, C - concentração, A é a superfície de filtração, V L - o volume do filtrado, é a pressão hidráulica.

Trabalhos científicos anteriores realizados no Departamento de Engenharia de Bioprocessos, Instituto de Engenharia em Ciências da Vida, Universidade de Karlsruhe demonstrou que electrofiltration é eficaz para a concentração de carregadas biopolímeros . Resultados muito promissores relativos à purificação do acusado polissacarídeo xantana já são obtidos. A Figura 2 representa o bolo de filtro de xantano.

Referências

  1. ^ WO 02051874  “Electrofiltration de Biopolymers”
  2. ^ Hofmann R., Posten C. (2003). "Melhoria de filtração sem saída de biopolímeros com electrofiltration pressão". Ciência Engenharia Química . 58 (17): 3847. doi : 10.1016 / S0009-2509 (03) 00271-9 .

Literatura

  • Vorobiev E., Lebovka N., (2008). Electrotechnologies para extracção de vegetais Alimentos e Biomateriais, ISBN  978-0-387-79373-3 .